从多维度刻画城市扩张微观特征,对深层次解释城市扩张和揭示城市空间结构十分重要,然而目前相关描述指标仍比较缺乏,导致不能全面详细地描述和认识城市空间发展规律。本研究以在斑块或位置水平刻画城市扩张的速度、程度和位置中心度三个物理特征为基础,从城市扩张过程的微观特征和宏观结构两方面着手,基于斑块邻接关系、邻域建设用地增长、斑块位置在城市空间结构中的重要性三个方面提出三类面向动态分析的空间格局指标,记为多阶邻接度指数、连续增长率指数和位置中心度指数。为验证所提动态空间格局指标的可行性和适用性,本次研究应用指标揭示武汉市1995、2000、2005、2010、2015年四个时间段的城市扩张动态格局。在此基础上,为识别城市多层次空间结构及其演变,本次研究将动态空间格局指标与自组织双重聚类算法结合,识别了表征不同城市扩张特征的多层次武汉市城市扩张空间结构。本研究结果如下:(1)完善城市扩张过程动态空间格局指标,这三类指标在刻画城市扩张各个特征方面具有一定的优势和适用性。本次研究提出多阶邻接度指数,弥补其余扩张指数在反映偏远新增斑块扩张程度的不足,精确度量全局的城市景观格局演变;提出连续增长率指数,消除全局增长速度所带来的陷阱,深化理解城市扩张速度的异质性;提出位置中心度指数,理清城市斑块在城市空间结构中所占的地位,自下而上掌握城市扩张位置分异机理。(2)利用动态空间格局指标,分析1995-2015年间武汉市城市扩张动态格局变化,得到以下结论:(1)在城市扩张程度、类型方面,1995-2010年武汉市由相对紧凑型扩张转变为跳跃式离散型扩张,2010-2015年随着扩张过程的继续,武汉市城市扩张形态发生了逆转。从空间上看,城市从依托原有建成区转变为城市外围跳跃式发展,武汉城市发展从无序蔓延逐步演变为有序扩张。(2)在城市扩张速率方面,1995-2015年随时间增加,城市活动逐渐剧烈,无扩张的单元格持续减少,慢速扩张的单元格先增加后保持平稳,中快速扩张的单元格持续增加且幅度增大。从空间上看,1995-2015年中快速扩张单元格由中心区域向外围转移且分布离散,中心区域单元格逐渐变得无扩张,慢速扩张单元格向城市外围蔓延。各单元格增长速率的变化平稳,增长速率的变化在空间上表现为离散蔓延,内衰减,外增长。(3)1995-2015年低-中心度、中-中心度、高-中心度、极高-中心度的比例波动幅度很小。从空间上看,以高-中心度、极高-中心度的斑块为主成圈层或条状分布,中-中心度的斑块分布范围广,低-中心度的斑块分布于每个时期城市扩张的边缘区域。(3)基于所提动态空间格局指标揭示的不同城市扩张特性识别城市扩张空间结构—城市组团,得到以下结论:(1)根据多阶邻接度指数识别的结果可得,从4*4类到15*15类,算法从只能识别出六大新城组群,到准确识别各组群下的组团以及组团内部的小组团。算法识别结果与武汉市实际情况以及未来规划的发展区域保持一致性。(2)根据连续增长率指数识别的结果可得,随着聚类类别的增加,组团内部的扩张速率特征由同质性向异质性转变。总结各组团扩张速率分类特征可将其可分为三类,一是处于发展初期的组团,内部结构简单,组团内部扩张速率较小;二是处于快速发展期的组团,其内部的不均匀增长逐渐显现,组团内的核心区域扩张速率快于组团内的边缘区域;三是发展较成熟的组团,组团内的核心区域扩张速率小于组团内的边缘区域。(3)根据位置中心度指数识别的结果可得:随着聚类类别的增加,各组团内位置中心度的差异表现更为细致,但分布趋势仍相同。除去位置中心度单一的组团,绝大部分组团的位置中心度成圈层分布,由中心向外位置中心度逐渐降低。或成条带状分布,组团中越靠近中心的部分位置中心度越高,越靠近主城的部分位置中心度越高。(4)根据三种城市扩张空间结构综合分析,可推演城市组团的发展模式。本研究提出了多阶邻接度指数、连续增长率指数和位置中心度指数,建立了多维度的动态空间格局指标,可以有效的定量描述斑块或位置水平的城市扩张的速度、程度和位置中心度,有助于理解城市扩张微观特征的内在机理。实现多层次、多维度的城市扩张空间结构定量描述,能够理解城市扩张结构的空间异质性、非均衡性,从而强化对城市宏观结构的认知,对预测城市增长趋势以及描述城市扩张模式具有重要意义。